泵站信息化的评价体系与指标的研究

贾梧桐，韦楚来，符向前

（1. 武汉大学，湖北 武汉 430072；2. 肇庆市景丰联围管理局，广东 肇庆 526000）



泵站信息化的评价体系与指标的研究

贾梧桐1，韦楚来2，符向前1

（1. 武汉大学，湖北 武汉 430072；2. 肇庆市景丰联围管理局，广东 肇庆 526000）

摘 要：通过对现阶段已有的信息评价体系的研究和改进，建立一种三级泵站信息化评价体系，并分析各种权重确定方法的优劣，采用层次分析法确定各级指标权重。并采用层次分析法和赋值法，将该信息化评价体系应用在景丰联围泵站信息化，形成一套完整的泵站信息化评价体系与指标。

关键词：泵站信息化；评价体系与指标；层次分析法

1　泵站信息化评价体系的国内现状及发展趋势

20 世纪 90年代左右，我国开始提出信息化建设的概念［1］。2001年，我国公布了包括水利信息化等关系到国家经济和社会生活各方面的信息化评价指标［2］。经过十几年的信息化建设，我国水利信息化建设取得了一定的成就并积累了丰富的经验。水利信息化有效提高了业务效率，规范了管理制度，但因为缺乏有效的评价体系和一定的评价指标而陷入了困境。我国泵站信息化发展更是因为长期缺乏科学统一的建设、管理和经营模式，缺乏相应的评价体系和指标，导致泵站信息化建设过程中出现了一定的盲目性和不合理性，造成了大量浪费。

泵站信息化评价体系是指建立一套适合各地泵站信息化建设和应用的指标体系，以指导各地泵站的信息化建设；同时建立一套有效的泵站信息化评价模型和系统，客观地用评价指标评价各地泵站信息化发展水平，为泵站信息化建设和发展提供科学的决策依据［3］。随着信息化建设的发展，信息化的评价体系与指标在各行各业建立［4］。建立一套适合我国泵站信息化实际需求的评价体系与综合评价指标，已刻不容缓。

2　泵站信息化评价体系与指标的建立与计算方法

2.1建立原则

泵站信息化评价体系与指标的建立一般需要以下几个原则：适用性、客观性、可比性、通用性和可扩展性等［5］。评价系统具有可操作性，评价指标统一性，能适用于我国的大部分泵站；评级体系和指标符合客观实际、具体、量化；各级泵站可纵向比较，也可与同级泵站横向比较；所建立的评价体系与指标能满足不同泵站的需求；评价系统和指标可以扩展以满足未来需求。

2.2体系设计

泵站体系指标一般分级设定，一般有单层和多层信息化指标体系［6］。目前，由于单层信息化指标体系内容过于繁杂，需要统计的项目繁多复杂，不易准确地反映信息化结果。因此大部分信息化评价体系都采用多层信息化指标体系［7］。但是三层以上的信息化指标体系又过于复杂，适用于大型项目［8］。对于泵站，可以优先考虑三级信息化指标体系。

本研究将泵站体系指标设为三级。其中，三级指标为底层指标，底层指标的内容是最具体和基本的，包括泵站信息化项目中具体的、可以测得的参数，以及经统计得到的具体数目等，底层指标的上层指标值值可通过评价体系以底层指标为基础计算得到［9］。初步确定的一级指标有 4 个：泵站信息化体系基础设施建设水平、应用水平、系统运行持续性和经济效益评价。一级指标是泵站信息化的评价体系中最高级的评价指标，是泵站信息化评价指标中的 4 个大类。二级指标是连通一级和二级指标的中间过渡通道，二级指标由基础指标算出后，再经过权重，即可算出各项一级指标。

指标等级及内容如表 1 所示。高层指标可以通过评价模型中的权重系数，按照一定的计算规则由基础指标推算而得。

表1　泵站信息化主要指标

2.3评价指标基础分值计算方法

评价指标的分值由基础指标的分值通过评价模型中相关权重及算法计算而得，基础指标的计算方法为

式中：分母部分是由项目启动时，签订的项目合同书确定，分子是项目结束后，由验收单位对项目实际成果进行验收后确定得到的结果。权重的设定是计算各指标分值的关键，下文详述评价指标的权重确定部分。

由体系的设计方法可知，将每一组的三级指标基础分值算出之后，即可求得二级指标基础分值。二级指标基础分值的计算方法为

式中：三级指标由式（1）确定，二级指标基础分值等于该二级指标下属的各项三级指标基础分值与权重之积的和。

同理，一级指标基础分值的计算指标为

这样，就得到了泵站信息化体系各级指标的基础分值。

2.4泵站信息化评价指标权重的确定

总体来说泵站信息化评价指标权重有 2 种确定方法，客观和主观赋值法。其中客观赋权法又分为主成分分析法、熵权法和标准离差法，主观赋值法又分为专家咨询法、专家排序法、层次分析法。客观赋值法能充分挖掘原始数据的信息，结果相对比较客观，但由于没有专家和决策者的意见，有时得到的权重可能与实际重要程度不符，不能反映出真实情况，并且客观赋值法对数据要求较高，并且要求在赋值之前对所有数据进行采集。主观赋值法充分表达了专家的知识和经验，以及决策者的意见和偏好，具有一定的主观随意性，但主观赋值法对于采集数据先于或后于赋值并无影响，而且即使数据存在少量误差，也不会对信息化评价指标的权重产生影响。

由于泵站信息化评价体系既有定量指标又有定性指标，所以应该采用一种定量和定性分析相结合的方法。采用层次分析法，对泵站信息化的各项指标进行科学地划分，能得到相对较为准确的权重值。层次分析法的计算步骤如下所示：

1）构造判断矩阵。要得到较为准确的权重值，就需要构造出 1 个判断矩阵，确定问题的重要性。本文采用 1～9 标度法，让专家和决策者做出判断，将相关因素的重要性进行数字化的比较。1～9 标度的含义如表 2 所示。设 n 个被比较的元素形成 1 个两两比较矩阵为

表2　1～9标度的含义

2）层次分析法的层次单排序及其一致性检验。层次单排序是指通过计算判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，得到每一层的各个因素相对于上一层某因素的相对重要性系数。为进行判断矩阵 A 的一致性检验，需要计算衡量矩阵 A 的不一致程度的数量指标，即一致性指标 C. I。C. I 的计算公式为

式中：λmax是一致性矩阵的最大特征根。

在阶数比较大时，还需要采用 R. I 来修正 C. I，R. I 是平均随机一致性指标，其计算公式为

当随机一致性比率 C. R = C.I / R. I ＜ 0.10 时，认为相对权重有满意的一致性，否则需要重新赋值，认真修正，直到通过一致性检验。

3）计算判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量。通过计算判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，可以得到每一层的各个因素相对于上一层某因素的相对重要性系数。

a. 将判断矩阵的每一行元素相乘，其乘积结果用 Mi表示为

式中：Bij分别为 Aj的相对权重。

b. 然后将 Mi开 n 次方，其计算结果用 Wi表示为

d. 最后，根据 Wi的计算结果，求出判断矩阵的最大特征根 λmax为

3　泵站信息化的评价体系与评价指标在景丰联围的应用

景丰联围位于西江干流左岸肇庆市境内，有石咀、广利、波罗窦、罗隐、羚山、横槎、石溪、贝水等 8 处大型泵站。泵站现有建设管理信息系统：包括泵站内、外水位和流量等的水情采集系统。各泵站运行监测系统，实时监视机电设备运行工作状况和泵站启闭时周边环境，并具有异常工况预警、报警功能。泵站信息化的评价体系与指标应用到景丰联围可大大提高泵站信息化的运行效率，突出信息化建设的重点项目，对泵站信息化形成直观的表述。景丰联围作为国家大型灌区节水技术及设备研究与示范项目子题——大中型排灌泵站改造与高效运行关键技术研究项目的一个试点，将泵站信息化评价体系应用到石溪泵站有利于指导该泵站的信息化建设，并客观地评价各其信息化发展水平，为该泵站信息化建设和发展提供科学的决策依据。

由于景丰联围石溪泵站是已知泵站，并由专家进行过评估，故信息化一级指标的权重宜采用专家赋值的方法，经查专家赋值，得出泵站信息化体系基础设施建设水平评价 A、泵站信息化应用水平评价 B、泵站信息化系统运行持续性评价 C、泵站信息化经济效益的评价的权重 D 分别为：40%，30%，17%，13%，由此，该泵站信息化评价体系的最终指标分值 Z 可求得：

式中：Z 为景丰联围总体泵站信息化指数。

二级指标取硬件设施、监测系统安装情况、信息化投入比重、人才与资金投入，分别为 A1，A2，A3，A4；每百人计算机拥有量、网络性能水平、计算机联网率分别为 A11，A12，A13；泵站前池断面平均每平方米测速装置安装率、泵站水位监测点（进水池、出水池）传感器安装率、水泵机组流量监测点（进口、出口法兰）传感器安装率、泵站现场视频监测覆盖率分别为 A21，A22，A23，A24；泵站信息化建设占总投资比重比例为 A31；资金链流动情况、资金按时到位情况、人才流动情况分别为 A41，A42，A43。根据专家经验和决策者意见，按照 1～9 标度含义表对各层次各指标的相对重要性进行判断赋值，建立两两比较的判断矩阵。为了便于运用层次分析法，用公式（4）对专家打分值 x 进行处理，将专家判断后得到的分数四舍五入取整，即如果是小于 1的数将倒数取整再求倒数。

式中：M 是该属性综合分值。

A，A1，A2，A4的判断矩阵分别如表 3，4，5，6 所示。

同理可得 B，C，D 部分各级指标的权重，同时，专家对景丰联围三级指标完成情况进行打分（百分制），各个权重指标及三级打分情况如表 7 所示。

表3　A判断矩阵

A 判断矩阵的一致性比例 C. R = 0.096 5 ＜ 0.1，通过一致性检验。

A 判断矩阵矩阵对上级目标的权重 WA= 0.4。

表4　A1判断矩阵

A1判断矩阵的一致性比例 C. R = 0.08 ＜ 0.1，通过一致性检验。

A1判断矩阵矩阵对上级目标的权重 WA1=0.107 5。

表5　A2判断矩阵

A2判断矩阵的一致性比例 C. R = 0.06 ＜ 0.1，通过一致性检验。

A2判断矩阵矩阵对上级目标的权重 WA2=0.278 3。

A3判断矩阵因只有 1 个下级指标，故不需要判断矩阵，A3判断矩阵矩阵对上级目标的权重 WA3= 0.141 4。

表6　A4判断矩阵

A4判断矩阵的一致性比例 C. R = 0.05 ＜ 0.1，通过一致性检验。

A4判断矩阵矩阵对上级目标的权重 WA4=0.472 8。

根据表 7 及式（1），（2），（3），（13）可得景丰联围信息化指数为 65.348 7。

4　结语

对泵站信息化的评价体系设计及评价指标的研究定是一项非常复杂的系统项目，要求研究者具备泵站的相关知识及熟悉信息化，本研究针对泵站评价指标较多的情况，建立了一种泵站信息化的三级评价体系，并应用到景丰联围信息化评价系统中，通过层次分析法和专家赋值法对各级指标权重进行赋值，最终得出景丰联围信息化指数。从全国范围来看，随着水利信息化的进展，泵站信息化改造是未来的发展趋势，建立一套适用于泵站的信息化评价系统势在必行。建立一套合理、实用性强的泵站信息化评价系统符合国家水利信息化的战略部署，同时，也能为水利信息化发展凝聚新的活力，进一步推动水利信息化的进程。

表7　景丰联围泵站信息化指标及其权重

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Study on Evaluation System and Index of Pumping Station Informatization

JIA Wutong1，WEI Chulai2，FU Xiangqian1
（1. Wuhan University，Wuhan 430072，China；2. Jingfenglianwei Authority of Zhaoqing，Zhaoqing 526000，China）

Abstract:Based on research and improvement of the existing information evaluation system at the present stage，a three-level pumping station information evaluation system is established. The article analyzes the various weight value to ensure the advantages and disadvantages of methods，and determines all levels of the index’s weight by analytic hierarchy process（AHP）. This informatizaion evaluation system is applied to the Jingfenglianwei pumping station informatization with the AHP and assignment method. It forms a complete pumping information evaluation system and index.

Key words:pumping station informatization；evaluation system and index；analytic hierarchy process

中图分类号：TV675

文献标识码：B

文章编号：1674-9405（2016）03-0016-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.004

收稿日期：2015-11-28

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目大中型排灌泵站改造与高效运行关键技术研术（2012BAD08B03）；广东省水利科技创新项目（2012-19）

作者简介：贾梧桐（1991-），女，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向：水利信息化。